CN104292847B

CN104292847B - 一种高性能导电硅橡胶及其制备方法

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Publication number: CN104292847B
Application number: CN201410506087.XA
Authority: CN
Inventors: 黄灵智
Original assignee: DONGGUAN XIONGCHI ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: DONGGUAN XIONGCHI ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2014-09-27
Filing date: 2014-09-27
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2034-09-27
Also published as: CN104292847A

Abstract

本发明涉及一种高性能导电硅橡胶，包括以下质量百分比的原料：硅生胶35～80％、导电填充粉10～60％、硫化促进剂0.1～10％、偶联剂0.1～10％、脱模剂0.1～10％；该导电硅橡胶电阻小，硫化速度快，在硫化后不会发生掉落碳粉的现象，使用该导电硅橡胶成型产品的时候不会粘模，提高了产品的合格率，降低了生产成本，提高了经济效益；一种高性能导电硅橡胶的制备方法，包括以下加工步骤：按照配方称取各种物料；将硅生胶投入到密炼机，启动密炼机；将导电填充粉投入到密炼机，混炼15～30分钟；依先后顺序分别将硫化促进剂、偶联剂和脱模剂全部投入到密炼机，所有物料添加完成后，继续混炼30～50分钟；步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品；该导电硅橡胶的制备方法工艺简单，生产效率高。

Description

一种高性能导电硅橡胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及导电材料技术领域，尤其涉及一种高性能导电硅橡胶及其制备方法。

背景技术

导电硅橡胶是一种能够导电的硅橡胶，由于导电硅橡胶具有体积小，接触稳定可靠、防震性能好、调换方便等优点，主要用于印刷电路、无线电集成电路、显示器等之间的连接，可以省去大量的焊接劳动，简化了装配，缩小体积，降低了成本，提高了可靠性。例如可用于导电键钮、导电硅橡胶辊、印刷电路和集成电路以及显示器之间的连接。

然而，现有的导电硅橡胶电阻较大，硫化速度较慢，容易在硫化后发生掉落碳粉的现象，使用该导电硅橡胶成型产品的时候容易粘模，提高了产品的次品率，提高了生产成本，降低了经济效益。

发明内容

本发明为克服上述缺陷而提供了一种高性能导电硅橡胶及其制备方法，该导电硅橡胶电阻小，硫化速度快，在硫化后不会发生掉落碳粉的现象，使用该导电硅橡胶成型产品的时候不会粘模，提高了产品的合格率，降低了生产成本，提高了经济效益；该导电硅橡胶的制备方法工艺简单，操作容易，生产效率高，适合于大规模推广应用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案。

一种高性能导电硅橡胶，包括以下质量百分比的原料：

硅生胶是一种具有高弹性的聚合物材料，是制造硅橡胶制品的母体材料，一般指未硫化的硅橡胶胶料。

导电填充粉是指既能导电又能起到填充作用的粉粒。

硫化促进剂简称促进剂。能促进硫化作用的物质。可缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量和提高橡胶的物理机械性能等。可分为无机促进剂与有机促进剂两大类。无机促进剂中，除促进剂、氧化镁、氧化铅等少量使用外，其余主要用作助促进剂。硫化促进剂在橡胶中分散性能良好，使橡胶制品机械性能好，适用于轮胎、胶带等。

偶联剂，在塑料配混中，改善合成树脂与无机填充剂或增强材料的界面性能的一种塑料添加剂。又称表面改性剂。它在塑料加工过程中可降低合成树脂熔体的粘度，改善填充剂的分散度以提高加工性能，进而使制品获得良好的表面质量及机械、热和电性能。其用量一般为填充剂用量的0.5～2％。偶联剂一般由两部分组成：一部分是亲无机基团，可与无机填充剂或增强材料作用；另一部分是亲有机基团，可与合成树脂作用。

偶联剂是一类具有两不同性质官能团的物质，其分子结构的最大特点是分子中含有化学性质不同的两个基团，一个是亲无机物的基团，易与无机物表面起化学反应；另一个是亲有机物的基团，能与合成树脂或其它聚合物发生化学反应或生成氢键溶于其中。因此偶联剂被称作“分子桥”，用以改善无机物与有机物之间的界面作用，从而大大提高复合材料的性能，如物理性能、电性能、热性能、光性能等。偶联剂用于橡胶工业中，可提高轮胎、胶板、胶管、胶鞋等产品的耐磨性和耐老化性能，并且能减小NR用量，从而降低成本。偶联剂在复合材料中的作用在于它既能与增强材料表面的某些基团反应，又能与基体树脂反应，在增强材料与树脂基体之间形成一个界面层，界面层能传递应力，从而增强了增强材料与树脂之间粘合强度，提高了复合材料的性能，同时还可以防止其它介质向界面渗透，改善了界面状态，有利于制品的耐老化、耐应力及电绝缘性能。

脱模剂是一种介于模具和成品之间的功能性物质。脱模剂有耐化学性，在与不同树脂的化学成份(特别是苯乙烯和胺类)接触时不被溶解。脱模剂还具有耐热及应力性能，不易分解或磨损；脱模剂粘合到模具上而不转移到被加工的制件上，不妨碍喷漆或其他二次加工操作。由于注塑、挤出、压延、模压、层压等工艺的迅速发展，脱模剂的用量也大幅度地提高。

脱模剂是一种用在两个彼此易于粘着的物体表面的一个界面涂层，它可使物体表面易于脱离、光滑及洁净。脱模剂用于玻璃纤维增强塑料、金属压铸、聚氨酯泡沫和弹性体、注塑热塑性塑料、真空发泡片材和挤压型材等各种模压操作中。在模压中，有时其他塑料填加剂如增塑剂等会渗出到界面上，这时就需要一个表面脱除剂来除掉它。

优选地，一种高性能导电硅橡胶，包括以下质量百分比的原料：

其中，所述导电填充粉包括以下质量百分比的原料：

乙炔炭黑 35～65％

石墨 35～65％。

乙炔炭黑，外观为黑色极细粉末，相对密度1.95(氮置换法)。表观密度O.2～O.3g/cm3。平均粒径30～45nm。比表面积55～70m2/g。吸碘值60～80gI2/kg。乙炔炭黑纯度很高，含碳量大于99.5％，氢含量小于O.1％，氧含量O.07％～0.26％。pH值5～7。电阻率极低，具有优良的导电性、导热性和抗静电效果。乙炔炭黑用作抗静电剂。加入丙烯酸酯/醋酸乙烯共聚的乳液中，可制成导静电乳液压敏胶黏剂，加入量为1.2％时导电性达到7.2×103Q，可用于粘贴导静电PVC地板。也用作导电性填料，配制导电性要求不高的导电胶黏剂。

石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结著另外三个碳原子(排列方式呈蜂巢式的多个六边形)以共价键结合，构成共价分子。由于每个碳原子均会放出一个电子，那些电子能够自由移动，因此石墨属于导电体。石墨是其中一种最软的矿物，它的用途包括制造铅笔芯和润滑剂。石墨质软，黑灰色；有油腻感，可污染纸张。硬度为1～2，沿垂直方向随杂质的增加其硬度可增至3～5。比重为1.9～2.3。比表面积范围集中在1-20m2/g，在隔绝氧气条件下，其熔点在3000℃以上，是最耐温的矿物之一。它能导电、导热。石墨在电气工业上用作制造电极、电刷、碳棒、碳管、水银正流器的正极，石墨垫圈、电话零件，电视机显像管的涂层等。

优选地，所述乙炔炭黑和所述石墨的粒径均为1～100纳米，所述乙炔炭黑的粒径大于或小于所述石墨的粒径。

纳米级是指物料的粒径为1～100纳米，纳米级的物料存在纳米效应。纳米效应是指纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性，如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电，原来绝缘的二氧化硅、晶体等，在某一纳米级界限时开始导电。这是由于纳米材料具有颗粒尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子所占比例大等特点，以及其特有的三大效应：表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。

纳米级的乙炔炭黑和石墨具有了纳米效应，易于混合，乙炔炭黑粒子和石墨粒子之间几乎不存在空隙，粒子之间紧密度高，能够显著降低导电硅橡胶的电阻，增强其导电性能。

采用两种不同粒径的导电填充粉(乙炔炭黑和石墨)，小粒径的导电填充粉粒子能够填充大粒径的导电填充粉粒子之间的空隙，增强了导电填充粉粒子之间的紧密程度，从而降低电阻。

其中，所述硅生胶为甲基乙烯基硅生胶。

甲基乙烯基硅橡胶也称乙烯基甲基硅橡胶，其全称是聚甲基乙烯基硅氧烷橡胶(Polymethyl-vinyl siloxane rubber)，代号为MVQ，系二甲基硅橡胶的侧链上引进少量乙烯基而得。引入乙烯基改进了二甲基硅橡胶的缺点，可提高硅橡胶的硫化活性，能使用活性较小的有机过氧化物硫化交联，且用量可减少。同时使硫化胶性能改善，如提高制品硬度，降低压缩变形，厚制品硫化进行得较均匀，并减少气泡发生。一般认为乙烯基含量在0.07～0.15％(mol)的硅橡胶有较好的综合性能。此种橡胶由于含有少量的乙烯基侧链，故比甲基硅橡胶容易硫化，使之有更多种类的过氧化物可供硫化使用，并可大大减少过氧化物的用量。采用含少量乙烯基的硅橡胶与二甲基硅橡胶相较，可使抗压缩永久变形性能获得显著的改进，低的压缩变形反映了它作为密封件在高温下具有较佳的支撑性，这乃是O型圈和垫圈等所必须具备的要求之一。甲基乙烯基硅橡胶工艺性能较好，操作方便，可制成厚制品且压出、压延半成品表面光滑，是目前较常用的一种硅橡胶。

其中，所述硫化促进剂为氧化锌。

氧化锌是锌的一种氧化物。难溶于水，可溶于酸和强碱。氧化锌是一种常用的化学添加剂，广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品的制作中。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大，透明度高，有优异的常温发光性能，在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。氧化锌是一种著名的白色的颜料，俗名叫锌白。它的优点是遇到H2S气体不变黑，因为ZnS也是白色的。在加热时，ZnO由白、浅黄逐步变为柠檬黄色，当冷却后黄色便退去，利用这一特性，把它掺入油漆或加入温度计中，做成变色油漆或变色温度计。因ZnO有收敛性和一定的杀菌能力，在医药上常调制成软膏使用，ZnO还可用作催化剂。氧化锌主要用于橡胶或电缆工业作补强剂和活性剂，也作白色胶的着色剂和填充剂，在氯丁橡胶中用作硫化剂等。

其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

硅烷偶联剂是一类在分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，其经典产物可用通式YSiX3表示。式中，Y为非水解基团，包括链烯基(主要为乙烯基)，以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl,OMe,OEt,OC2H4OCH3,OSiMe3,及OAc等。由于这一特殊结构，在其分子中同时具有能和无机质材料(如玻璃、硅砂、金属等)化学结合的反应基团及与有机质材料(合成树脂等)化学结合的反应基团，可以用于表面处理。

硅烷偶联剂的应用大致可归纳为三个方面：

表面处理，能改善玻璃纤维和树脂的粘合性能，大大提高玻璃纤维增强复合材料的强度、电气、抗水、抗气候等性能，即使在湿态时，它对复合材料机械性能的提高，效果也十分显著。在玻璃纤维中使用硅烷偶联剂已相当普遍，用于这一方面的硅烷偶联剂约占其消耗总量的50％，其中用得较多的品种是乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷等；

填充塑料，可预先对填料进行表面处理，也可直接加入树脂中。能改善填料在树脂中的分散性及粘合力，改善无机填料与树脂之间的相容性，改善工艺性能和提高填充塑料(包括橡胶)的机械、电学和耐气候等性能；

用作密封剂、粘接剂和涂料的增粘剂，能提高它们的粘接强度、耐水、耐气候等性能。硅烷偶联剂往往可以解决某些材料长期以来无法粘接的难题。硅烷偶联剂作为增粘剂的作用原理在于它本身有两种基团；一种基团可以和被粘的骨架材料结合；而另一种基团则可以与高分子材料或粘接剂结合，从而在粘接界面形成强力较高的化学键，大大改善了粘接强度。硅烷偶联剂的应用一般有三种方法：一是作为骨架材料的表面处理剂；二是加入到粘接剂中，三是直接加入到高分子材料中。从充分发挥其效能和降低成本的角度出发，前两种方法较好。

其中，所述脱模剂为氟素内脱模剂。

氟素内脱模剂的隔离性能最好，对模具污染小。

具体地，所述氟素内脱模剂为聚四氟乙烯。

聚四氟乙烯，一般称作“不粘涂层”或“易洁镬物料”；是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，所以可作润滑作用之余，亦成为了易洁镬和水管内层的理想涂料。聚四氟乙烯具有一系列优良的使用性能：耐高温—长期使用温度200～260度，耐低温—在-100度时仍柔软；耐腐蚀—能耐王水和一切有机溶剂；耐气候—塑料中最佳的老化寿命；高润滑—具有塑料中最小的摩擦系数(0.04)；不粘性—具有固体材料中最小的表面张力而不粘附任何物质；无毒害—具有生理惰性；优异的电气性能，是理想的C级绝缘材料，报纸厚的一层就能阻挡1500V的高压；比冰还要光滑。聚四氟乙烯材料，广泛应用在国防军工、原子能、石油、无线电、电力机械、化学工业等重要部门。

一种高性能导电硅橡胶的制备方法，包括以下加工步骤：

步骤A、按照配方称取各种物料，分别放置到各个容器中；

步骤B、将硅生胶全部投入到密炼机，启动密炼机；

步骤C、将导电填充粉全部投入到密炼机，混炼15～30分钟；

步骤D、依先后顺序分别将硫化促进剂、偶联剂和脱模剂全部投入到密炼机，所有物料添加完成后，继续混炼30～50分钟；

步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品。

本发明的有益效果为：

本发明的一种高性能导电硅橡胶，包括以下质量百分比的原料：硅生胶35～80％、导电填充粉10～60％、硫化促进剂0.1～10％、偶联剂0.1～10％、脱模剂0.1～10％；该导电硅橡胶电阻小，硫化速度快，在硫化后不会发生掉落碳粉的现象，使用该导电硅橡胶成型产品的时候不会粘模，提高了产品的合格率，降低了生产成本，提高了经济效益；

具体地：

1、采用两种不同粒径的导电填充粉(乙炔炭黑和石墨)，增强了导电填充粉粒子之间的紧密程度，从而降低电阻；

2、加入硫化促进剂，促进硫化，提高了硫化速度和硫化程度；

3、加入偶联剂，提高导电填充粉与硅生胶之间的融合，杜绝硫化后掉落碳粉的现象；

4、加入脱模剂，提高脱模性，使得利用该导电硅橡胶成型产品的时候不会粘模，提高了产品的合格率，降低了生产成本，提高了经济效益。

一种高性能导电硅橡胶的制备方法，包括以下加工步骤：步骤A、按照配方称取各种物料，分别放置到各个容器中；步骤B、将硅生胶全部投入到密炼机，启动密炼机；步骤C、将导电填充粉全部投入到密炼机，混炼15～30分钟；步骤D、依先后顺序分别将硫化促进剂、偶联剂和脱模剂全部投入到密炼机，所有物料添加完成后，继续混炼30～50分钟；步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品；该导电硅橡胶的制备方法工艺简单，操作容易，生产效率高，适合于大规模推广应用。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，这是本发明的较佳实施例。

实施例1。

本发明的一种高性能导电硅橡胶，包括以下质量百分比的原料：

本实施例的导电填充粉包括以下质量百分比的原料：

乙炔炭黑 35％

石墨 65％。

本实施例的乙炔炭黑的粒径为1纳米，石墨的粒径为10纳米。

本实施例的硅生胶为甲基乙烯基硅生胶。

本实施例的硫化促进剂为氧化锌。

本实施例的偶联剂为硅烷偶联剂。

本实施例的脱模剂为氟素内脱模剂。

一种高性能导电硅橡胶的制备方法，包括以下加工步骤：

步骤A、按照配方称取各种物料，分别放置到各个容器中；

步骤B、将硅生胶全部投入到密炼机，启动密炼机；

步骤C、将导电填充粉全部投入到密炼机，混炼15分钟；

步骤D、依先后顺序分别将硫化促进剂、偶联剂和脱模剂全部投入到密炼机，所有物料添加完成后，继续混炼50分钟；

步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品。

实施例2。

本实施例的导电填充粉包括以下质量百分比的原料：

乙炔炭黑 40％

石墨 60％。

本实施例的乙炔炭黑的粒径为10纳米，石墨的粒径为50纳米。

本实施例的硅生胶为甲基乙烯基硅生胶。

本实施例的硫化促进剂为硫化促进剂M。

本实施例的偶联剂为铬络合物偶联剂。

本实施例的脱模剂为硅类内脱模剂。

一种高性能导电硅橡胶的制备方法，包括以下加工步骤：

步骤A、按照配方称取各种物料，分别放置到各个容器中；

步骤B、将硅生胶全部投入到密炼机，启动密炼机；

步骤C、将导电填充粉全部投入到密炼机，混炼20分钟；

步骤D、依先后顺序分别将硫化促进剂、偶联剂和脱模剂全部投入到密炼机，所有物料添加完成后，继续混炼45分钟；

步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品。

实施例3。

本实施例的导电填充粉包括以下质量百分比的原料：

乙炔炭黑 50％

石墨 50％。

本实施例的乙炔炭黑的粒径为50纳米，石墨的粒径为100纳米。

本实施例的硅生胶为甲基乙烯基硅生胶。

本实施例的硫化促进剂为硫化促进剂TT。

本实施例的偶联剂为钛酸酯偶联剂。

本实施例的脱模剂为蜡类内脱模剂。

一种高性能导电硅橡胶的制备方法，包括以下加工步骤：

步骤A、按照配方称取各种物料，分别放置到各个容器中；

步骤B、将硅生胶全部投入到密炼机，启动密炼机；

步骤C、将导电填充粉全部投入到密炼机，混炼20分钟；

步骤D、依先后顺序分别将硫化促进剂、偶联剂和脱模剂全部投入到密炼机，所有物料添加完成后，继续混炼40分钟；

步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品。

实施例4。

本实施例的导电填充粉包括以下质量百分比的原料：

乙炔炭黑 58％

石墨 42％。

本实施例的乙炔炭黑的粒径为90纳米，石墨的粒径为30纳米。

本实施例的硅生胶为甲基乙烯基硅生胶。

本实施例的硫化促进剂为硫化促进剂D。

本实施例的偶联剂为铝酸化合物偶联剂。

本实施例的脱模剂为聚醚类内脱模剂。

一种高性能导电硅橡胶的制备方法，包括以下加工步骤：

步骤A、按照配方称取各种物料，分别放置到各个容器中；

步骤B、将硅生胶全部投入到密炼机，启动密炼机；

步骤C、将导电填充粉全部投入到密炼机，混炼25分钟；

步骤D、依先后顺序分别将硫化促进剂、偶联剂和脱模剂全部投入到密炼机，所有物料添加完成后，继续混炼35分钟；

步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品。

实施例5。

本实施例的导电填充粉包括以下质量百分比的原料：

乙炔炭黑 65％

石墨 35％。

本实施例的乙炔炭黑的粒径为80纳米，石墨的粒径为20纳米。

本实施例的硅生胶为甲基乙烯基硅生胶。

本实施例的硫化促进剂为硫化促进剂ZBX。

本实施例的偶联剂为硅烷偶联剂。

本实施例的脱模剂为氟素内脱模剂。

一种高性能导电硅橡胶的制备方法，包括以下加工步骤：

步骤A、按照配方称取各种物料，分别放置到各个容器中；

步骤B、将硅生胶全部投入到密炼机，启动密炼机；

步骤C、将导电填充粉全部投入到密炼机，混炼30分钟；

步骤D、依先后顺序分别将硫化促进剂、偶联剂和脱模剂全部投入到密炼机，所有物料添加完成后，继续混炼30分钟；

步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.一种高性能导电硅橡胶，其特征在于：由以下质量百分比的原料组成：

所述硅生胶为甲基乙烯基硅生胶；所述导电填充粉包括以下质量百分比的原料：乙炔炭黑35～65％，石墨35～65％；所述硫化促进剂为氧化锌；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述脱模剂为聚四氟乙烯；所述乙炔炭黑和所述石墨的粒径均为1～100纳米，所述乙炔炭黑的粒径大于或小于所述石墨的粒径；

所述的导电硅橡胶的制备方法包括以下加工步骤：

步骤A、按照配方称取各种物料，分别放置到各个容器中；

步骤B、将硅生胶全部投入到密炼机，启动密炼机；

步骤C、将导电填充粉全部投入到密炼机，混炼15～30分钟；

步骤E、将密炼机的物料倒出，即得成品。

2.根据权利要求1所述的一种高性能导电硅橡胶，其特征在于：包括以下质量百分比的原料：

3.根据权利要求1所述的一种高性能导电硅橡胶，其特征在于：包括以下质量百分比的原料：